1.3.4. Цветометрия с использованием цифровых устройств

В качестве аналитического сигнала в последнее время стали широко применять цифровой видеосигнал. Это файлы электронных изображений, полученные с помощью цифровых устройств видеокамер, фотокамер, планшетных сканеров, видеоденситометров и т.п. Первоначально использование цифровых изображений получило применение в оптической и электронной микроскопии, были разработаны алгоритмы распознавания образов, оценки таких параметров как цветность, шероховатость, фрактальность сфотографированной поверхности и т.д. [77]. Цифровые изображения при помощи специализированных пакетов прикладных программ можно преобразовать и проанализировать, получив более удобный для интерпретации и градуировки вторичный цифровой аналитический сигнал в виде градуировочных кривых, геометриических фигур, алгеброических выражений, матриц.

В работах [78] рассмотрены общие схемы и возможности цифровой цветометрии для различных цветовых моделей.

Модель RGB. Это одна из наиболее распостраненных цветовых моделей. Количественное описание цвета в этой модели основано на том, что все цвета можно представить в виде суммы интенсивностей 3 линейно независимых цветов: красного (R), зеленого (G) и синего (В), то есть трех монохроматических излучений с длинами волн 700; 546,1 и 435,8 нм соответственно. В модели RGB каждая цветовая компонента имеет 256 градаций яркости, в связи с этим максимально возможное число цветов, синтезируемых в этой модели, равно 256×256×256=16777216. Все цвета распределяются в кубическом пространстве, грани которого соответствуют значениям интенсивности красного, зеленого и синего цветов (рис. 1.1).

На главной диагонали куба KW, образованного равными количествами каждого из основных цветов, лежат оттенки серого цвета. Любой другой цвет в таком пространстве (точка внутри куба) получается путем сложения трех основных, каждый из которых имеет свой отдельный параметр, указывающий на количество соответствующей компоненты в конечном цвете (R, G, B).

Рис. 1.1 Цветовое пространство для модели RGB

Модель RGB является аддитивной, цвета в ней представляются сложением красного, синего и зеленого цветов с чёрным цветом (0,0,0). Когда, например, красный пиксель установлен на 0, светодиод выключен, а когда на 255 – включен полностью. Любое значение в интервале от 0 до 255 приводит к частичному световому излучению.

В таблице 1.9 приведен перечень нескольких цветов, синтезируемых моделью RGB. Модель RGB заложена в типовых цифровых камерах, сканерах, в компьютерном софте для обработки электронных изображений и поэтому, не смотря на некоторые недостатки, присущие ей, наиболее распространена.

Таблица 1.9

Перечень некоторых цветов с кодировкой для модели RGB

Цвет	Кодировка (R, G, B)
Красный	(255, 0, 0)
Оранжевый	(255, 165, 0)
Желтый	(255,255,0)
Зеленый	(0,128,0)
Голубой	(0,255,255)
Синий	(0,0,255)
Фиолетовый	(139,0,255)
Серый	(128,128,128)
Черный	(0, 0, 0)
Белый	(255, 255, 255)

Модель CMYK. Эта модель характеризует поглощаемые цвета, чем она отличается от модели RGB. В настоящий момент модель CMYK является основной цветовой моделью в полиграфии, в частности, её применяют для цветных принтеров. Известны способы конвертации параметров цветности модели RGB в параметры CMYK, и наоборот, при этом происходит частичная потеря цветов, так как модель CMYK имеет более узкий цветовой охват. В модели CMYK применяются субтрактивные цвета (вычитательные), которые образуются, если из белого света вычитать определенные участки спектра. В модели CMYK использует голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow) базовые цвета, получаемые вычитанием из белого аддитивных цветов модели RGB. Если смешать все цвета модели CMYK, она дает не черный, а грязно-коричневый цвет, поэтому для адекватного описания был введен специально черный цвет, обозначенный как К (Key). В этом заключается еще одно отличие CMYK от RGB. Следует отметить, что цветовые модели RGB и CMYK являются аппаратно-зависимыми.

Модель HSB. Это еще одна модель, являющаяся аналогом модели RGB, Она основана на тех же базовых цветах, но отличается от RGB системой координат. Цвета характеризуются тоном (Hue), насыщенностью (Saturation) и яркостью (Brightness). Под тоном понимается собственно цвет, под насыщен-ностью – процент добавленной к цвету белой краски, а под яркостью – процент добавленной черной краски [79].

Модель XYZ. Эта система описывает спектральные свойства анализи-руемого объекта в виде трехмерных векторных координат. Она позволяет преодолеть некоторые недостатки, характерные для предыдущих моделей, в частности, при ее применении исключены артефакты в виде отрицательных значений параметров цветности [79]. Следует отметить, что использование цветовой системы XYZ всё же сопряжено с некоторыми трудностями. Так, отдельные расстояния между двумя точками на цветовой диаграмме не соотносятся с визуальным восприятием человека, в связи с тем, что шкала диаграммы неравномерна. Кроме того, модель XYZ не дает информации о светлоте цвета.

Модель CIELAB. Эта модель, как считается, максимально коррелирует с цветом воспринимаемым визуально. В этой модели используют координаты L, А, В, где L – светлота; А, В – координаты цвета (А – красно-зеленая ось, В – желто-синяя ось). Цветовое пространство в модели CIELAB в любых ее частях соотносятся со зрительным восприятием, что является удобным способом для количественного определения различий в цветовой гамме.

Координаты и интенсивность цвета в модели CIELAB, как и в модели XYZ на практике получают из спектра диффузного отражения от наблюдаемых объектов [77]. При конвертации в CIELAB все цвета в предыдущих моделях сохраняются. Эта модель удобна также для определения контраста, резкости и других тоновых характеристик, поэтому именно она используется при переводе электронных изображений из одной цветовой модели в другую, а также между цифровыми устройствами.

По нашему мнению, система RGB наиболее привлекательна из рас-смотренных выше для ЦЦМ, как самая распространенная, к ее преимуществам можно отнести и то, что другие системы (XYZ, CMYK,и HSB, CIELAB) либо получены расчетным путем из системы RGB, либо координаты цвета в системе являются, так или иначе, производными от координат системы RGB.